CN103969549A - 电源设备的孤岛检测方法及孤岛检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源设备的孤岛检测方法及孤岛检测装置，所述方法获取配电系统的实际工作频率，并计算对应的工频周期；之后，获取配电系统与分布式电源或微网公共连接点PCC处的采样频率，并根据采样频率将工频周期划分为个时段，且，则每个时段；之后，采集PCC点在每一个时段对应的电压采样数据；之后，将电压采样数据进行积分运算并获取积分值，所述；最后，检测与孤岛现象发生的门槛值的大小，若>

Description

电源设备的孤岛检测方法及孤岛检测装置

技术领域

本发明涉及电力领域，特别是一种电源设备的孤岛检测方法及孤岛检测装置。

背景技术

目前，以风电、太阳能发电为代表的分布式电源，因其灵活、低碳环保等优势，受到学术界和工业界的广泛关注，同时，分布式电源在配电系统中的渗透率正在逐年提高。分布式电源可以分散接入配电系统，也能以微网的形式接入配电系统。对配电系统而言，多数分布式电源为不可控电源，其输出功率往往受自然条件的影响而具有较强的随机特性。为保障系统运行的可靠性，要求分布式电源或微网具备孤岛检测功能，以便在配电网络或微网内部故障时及时隔离故障。在众多的孤岛检测方法中，相位偏移法因其良好的灵敏性而得到推广应用。通过检测并网点电压波形的过零点可以在半个工频周波内迅速获取波形相位，从而快速完成孤岛检测。这种过零检测方法在被测波形比较平滑时检测精度较高，而电网在实际运行过程中不可避免地会受到负荷变动、元件投切、电机启动等各种干扰的影响，从而使检测点电压波形畸变，产生毛刺，这样在工频电压过零点前后可能会连续检测到数个电压零点，导致相位检测不准甚至错误，极易导致孤岛检测单元的误动作，进而影响配电系统的可靠运行。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种电源设备的孤岛检测方法及孤岛检测装置，自动消除采集电压中毛刺的影响，并提高孤岛检测的精度。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

电源设备的孤岛检测方法，所述电源设备包括分散接入配电系统的分布式电源或由分布式电源组成的接入配电系统的微网电源，所述方法包括：

（1）获取配电系统的实际工作频率 ，并计算对应的工频周期；

（2）获取配电系统与分布式电源或微网公共连接点PCC处的采样频率，并根据采样频率将工频周期划分为个时段，且，则每个时段；

（3）采集PCC点在每一个时段对应的电压采样数据；

（4）将电压采样数据进行积分运算并获取积分值，所述；

（5）检测与孤岛现象发生的门槛值的大小，若>，则表明发生孤岛现象，否则，转入步骤（3）循环检测。

电源设备的孤岛检测装置，所述电源设备包括分散接入配电系统的分布式电源或由分布式电源组成的接入配电系统的微网电源，所述装置包括：

参数初始模块，用于获取配电系统的实际工作频率，计算对应的工频周期，并根据公共连接点PCC处的采样频率，将工频周期划分为个时段，且，则每个时段；

采集模块，用于采集PCC点在每一个时段对应的电压采样数据；

处理模块，用于将电压采样数据进行积分运算并获取积分值，所述，并判断积分值与孤岛现象发生的门槛值的大小；

报警模块，用于在处理模块检测出>，发出孤岛报警信息。

本发明的有益效果是：

本发明采用一种电源设备的孤岛检测方法及孤岛检测装置，对采集的采样电压采用正交积分的方法，自动消除波形中毛刺的影响，并将数值积分的结果作为孤岛检测的判据，提高检测的精确度；本发明无需以过零点作为相位参考，任意时刻起工频整周期的积分都可以作为判断依据；本发明仅需一个工频周期即可得出判别结果，有利于快速隔离故障和保障配电系统运行的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明所述孤岛检测方法的示意图；

图2是本发明中所述PCC点处相电压波形图；

图3是本发明出现孤岛现象时的正交积分示意图。

具体实施方式

参照图1所示，孤岛现象是指当电网供电因故障事故或停电维修而跳脱时，各个用户端的分布式并网发电系统（如：光伏发电、风力发电、燃料电池发电等）未能即时检测出停电状态而将自身切离市电网络，而形成由分布电站并网发电系统和周围的负载组成的一个自给供电的孤岛。此时，单独的分布式电源DG则会独自供电。孤岛一旦产生将会危及电网输电线路上维修人员的安全；影响配电系统上的保护开关的动作程序，冲击电网保护装臵；影响传输电能质量，电力孤岛区域的供电电压与频率将不稳定；当电网供电恢复后会造成的相位不同步；单相分布式发电系统会造成系统三相负载欠相供电。因此对于一个并网系统必须能够进行反孤岛效应检测。

在众多的孤岛检测方法中，相位偏移法因其良好的灵敏性而得到推广应用。通过检测并网点电压波形的过零点可以在半个工频周波内迅速获取波形相位，从而快速完成孤岛检测。这种过零检测方法在被测波形比较平滑时检测精度较高，而电网在实际运行过程中不可避免地会受到负荷变动、元件投切、电机启动等各种干扰的影响，从而使检测点电压波形畸变，产生毛刺，这样在工频电压过零点前后可能会连续检测到数个电压零点，导致相位检测不准甚至错误，极易导致孤岛检测单元的误动作，进而影响配电系统的可靠运行。参照图2中所示，这是在配电系统正常运行时实际检测电压所得的电压波形图，从图中可以看出，工频电压在过零点时，分布式电源的公共连接点PCC处所测得的电压并非是标准的工频正弦波，而是含有一定的谐波，这些谐波导致电压波形过零点时具有多个零点电压，参照图2中放大图形所示，放大图中产生了三个零点电压P1、P2、P3，此时如果采用相位检测，明显会导致检测不准确甚至导致检测错误。

参照图3所示，正常情况下，公共连接点PCC处所测得的电压波形如图中所示，考虑到谐波电压，将公共连接点PCC处所测得的电压用傅里叶级数展式来表达，如以下式（1）所表示：

其中，为直流分量，和分别为次谐波电压的幅值和相角，为工频角频率。令，，，，则式（1）可改写为：

，以此作为式（2）。

根据式（2）构造如下三角函数系：

，此为式（3）。

以上可知可看作是由三角函数系所产生的三角级数。根据三角函数系正交性的特点，有如下关系成立：

(4)

(5)

式中，为检测周期的起始时刻，为工频电压的周期, 和为非负整数。

因此，取式（3）的三角函数系中的任一项，记为，同乘式（2）的左右两侧，并在一个工频周期内积分，将得到一个不随时间变化的定值，将该积分结果记为。比如取，则有：

(6)

当取时，有：

(7)

为减小数值积分的计算量，本发明取，即按式（7）进行积分。式中。

这样，当配电系统正常运行时，含整数次谐波的非平滑波形经过一个工频周期的积分运算后取值为0。

当配电系统发生故障，相应的馈线开关跳开后，由于分布式电源与孤岛内的负荷不匹配，导致孤岛的基波频率发生变化，从而PCC检测点的电压波形发生畸变，如图3中的所示，图中的表示孤岛发生的时刻。

根据以上描述，同理，将也展开为傅里叶级数的形式，则：

(8)

式中，为的直流分量，和分别为孤岛发生后的波形的次谐波电压的幅值和相角，为的基波频率。，，，

取，对图3中的电压波形从到进行积分，积分结果记为，由于电压波形从到进行了转变，因此：

(9)

由于，因此积分结果不为零，如图3中的阴影部分所示。由于的大小与频率偏移或相位偏移的程度有关，因此，借助这一特点可以进行孤岛判别。

正鉴于此，采用以上孤岛判别方法，本发明提供了一种电源设备的孤岛检测方法，电源设备包括分散接入配电系统的分布式电源或由分布式电源组成的接入配电系统的微网电源，所述方法包括：

（1）获取配电系统的实际工作频率，并计算对应的工频周期；

（2）获取配电系统与分布式电源或微网公共连接点PCC处的采样频率，并根据采样频率将工频周期划分为个时段，且，则每个时段；

（3）采集PCC点在每一个时段对应的电压采样数据；

（4）将电压采样数据进行积分运算并获取积分值，所述；

（5）检测与孤岛现象发生的门槛值的大小，若>，则表明发生孤岛现象，否则，转入步骤（3）循环检测。

本发明提供的检测方法在检测时不受常规干扰因素（如正常的负荷波动）的影响，解决了过零检测法受波形毛刺现象的影响；相对过零点检测，本发明在检测时更灵活简便，且无需以过零点作为相位参考，任意时刻起工频整周期的积分都可以作为判断依据；本发明的检测方法仅需一个工频周期即可得出判别结果，检测速度较快，有利于快速隔离故障和保障配电系统运行的可靠性。

作为本发明的另外一种保护形式，本发明提供了一种电源设备的孤岛检测装置，所述装置包括：

参数初始模块，用于获取配电系统的实际工作频率，计算对应的工频周期，并根据公共连接点PCC处的采样频率，将工频周期划分为个时段，且，则每个时段；

采集模块，用于采集PCC点在每一个时段对应的电压采样数据；

处理模块，用于将电压采样数据进行积分运算并获取积分值，所述，并判断积分值与孤岛现象发生的门槛值的大小；

报警模块，用于在处理模块检测出>，发出孤岛报警信息。

所述装置具体的实现方法参照以上方法中所述内容，所述装置是对采用本发明所述方法的一种实体保护，任何电源设备，凡是采用本发明所述方法的装置、系统均在本发明的保护范围之内。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.电源设备的孤岛检测方法，所述电源设备包括分散接入配电系统的分布式电源或由分布式电源组成的接入配电系统的微网电源，其特征在于，所述方法包括：

（1）获取配电系统的实际工作频率 ，并计算对应的工频周期；

（2）获取配电系统与分布式电源或微网公共连接点PCC处的采样频率，并根据采样频率将工频周期划分为个时段，且，则每个时段；

（3）采集PCC点在每一个时段对应的电压采样数据；

（4）将电压采样数据进行积分运算并获取积分值，所述；

（5）检测与孤岛现象发生的门槛值的大小，若>，则表明发生孤岛现象，否则，转入步骤（3）循环检测。

2.电源设备的孤岛检测装置，所述电源设备包括分散接入配电系统的分布式电源或由分布式电源组成的接入配电系统的微网电源，其特征在于，所述装置包括：

参数初始模块，用于获取配电系统的实际工作频率，计算对应的工频周期，并根据公共连接点PCC处的采样频率，将工频周期划分为个时段，且，则每个时段；

采集模块，用于采集PCC点在每一个时段对应的电压采样数据；

处理模块，用于将电压采样数据进行积分运算并获取积分值，所述，并判断积分值与孤岛现象发生的门槛值的大小；

报警模块，用于在处理模块检测出>，发出孤岛报警信息。